KR101563492B1 - 고속 온/오프 솔레노이드 밸브의 응답특성 평가 장치 - Google Patents

고속 온/오프 솔레노이드 밸브의 응답특성 평가 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고속 온/오프 솔레노이드 밸브의 응답특성 평가 장치에 관한 것으로서, 설정된 공압을 제공하는 공압 레귤레이터와, 공압 레귤레이터로부터 공급된 압축공기를 온/오프 스위칭에 따라 선택적으로 통과시키는 고속 온/오프 솔레노이드 밸브와, 고속 온/오프 솔레노이드 밸브로부터 공급된 압축공기의 배출이 이루어지는 노즐과, 노즐에 근접 설치되어 배출되는 압축공기의 압력에 대응하는 출력신호를 발생시키는 압력센서와, 고속 온/오프 솔레노이드 밸브로 고주파수의 펄스폭변조 신호를 전달하고, 출력신호와 펄스폭변조 신호로부터 고주파수의 온/오프에 대응하는 유량을 실시간으로 평가하는 데이터 처리기를 포함한다. 본 발명에 따르면, 펄스폭변조 방식의 입력에 대한 출력 압축공기의 온/오프 시간을 실시간으로 측정할 수 있으므로, 밸브의 응답특성을 임의구간에서 모두 확인할 수 있다.

Description

고속 온/오프 솔레노이드 밸브의 응답특성 평가 장치{TEST INSTRUMENT FOR HIGH SPEED ON-OFF SOLENOID VALVE}
본 발명은 서보제어 기능을 갖는 고속 온/오프 솔레노이드 밸브에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고주파수에서의 온/오프 응답특성을 실시간으로 평가할 수 있는 고속 온/오프 솔레노이드 밸브의 응답특성 평가 장치에 관한 것이다.
통상적인 솔레노이드 밸브는 온/오프의 기능을 가지며, 대체로 온(또는 오프) 상태가 수 초 이상 유지되는 것을 사용조건으로 한다.
한편, 유공압실린더의 위치제어 등 서보제어용 밸브인 펄스폭변조(Pulse Width Modulation, PWM) 제어 방식의 솔레노이드 밸브는 온/오프의 주파수가 100 Hz 이상에서 사용된다. 즉, 주파수 100 Hz의 펄스폭변조 제어의 경우, 한 주기인 10 ms 동안 온/오프 시간의 비율을 조절함으로써 밸브를 통과하는 유량을 제어한다.
따라서, 펄스폭변조 제어용 솔레노이드 밸브는 100 Hz 이상의 주파수를 갖는 제어입력의 온/오프 시간비율에 따라 정확하게 반응하는 것이 중요하다.
이에 지금까지는 펄스폭변조 제어시 평균 유량을 측정하여 그 성능을 평가하는 방법을 이용하고 있다.
그런데, 평균 유량을 통해 응답특성을 평가하므로 특정구간(짧은 구간)에서의 응답특성을 확인할 수 있는 방법이 없다는 문제가 있다. 이에 고주파수에서의 온/오프 응답특성을 직접 측정하여 실시간으로 온/오프 시간을 확인할 수 있는 방법이 필요하다할 것이다.
대한민국 공개특허공보 제10-2009-0124618호(공개일 2009.12.03.)
따라서, 본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 100 Hz 이상의 주파수에서 동작하는 펄스폭변조 제어용 고속 온/오프 솔레노이드 밸브의 온/오프 시간을 실시간으로 측정하여 그 응답특성을 평가할 수 있도록 하는 고속 온/오프 솔레노이드 밸브의 응답특성 평가 장치를 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 고속 온/오프 솔레노이드 밸브의 응답특성 평가 장치는, 설정된 공압을 제공하는 공압 레귤레이터; 상기 공압 레귤레이터로부터 공급된 압축공기를 온/오프 스위칭에 따라 선택적으로 통과시키는 고속 온/오프 솔레노이드 밸브; 상기 고속 온/오프 솔레노이드 밸브로부터 공급된 압축공기의 배출이 이루어지는 노즐; 상기 노즐에 근접 설치되어 배출되는 압축공기의 압력에 대응하는 출력신호를 발생시키는 압력센서; 및 상기 고속 온/오프 솔레노이드 밸브로 고주파수의 펄스폭변조 신호를 전달하고, 상기 출력신호와 상기 펄스폭변조 신호로부터 고주파수의 온/오프에 대응하는 유량을 실시간 평가하는 데이터 처리기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이 때, 상기 공압 레귤레이터로부터 공급된 압축공기가 고속 온/오프 솔레노이드 밸브를 경유하도록 유도하는 어댑터를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 공압 레귤레이터, 어댑터 및 노즐은 튜브를 통해 연결되는 것이 바람직하다.
상기 노즐과 압력센서는 위치 및 간격 조절을 위해 조립대에 고정되는 것이 바람직하다.
상기 데이터 처리기는, 상기 고속 온/오프 솔레노이드 밸브의 온/오프 비율을 조절하기 위한 사용자 조작을 지원하는 사용자 조작부; 응답특성에 대응하는 제어타입이 결정되며, 온/오프 비율에 대응하는 제어신호를 생성하는 제어타입 결정부; 상기 고속 온/오프 솔레노이드 밸브로 고주파수의 펄스폭변조 신호를 전달하는 펄스폭변조 제어부; 출력신호를 필터링하는 필터링부; 상기 필터링부로부터 필터링된 파형을 분석하는 파형 분석부; 상기 사용자 조작부로부터 전달된 제어신호와 파형 분석부로부터 전달된 분석 파형을 비교하여 응답특성을 평가하는 평가부; 상기 제어신호와 상기 분석 파형을 캡쳐하는 캡쳐부; 및 상기 평가부 및 캡쳐부로부터 전달된 데이터를 저장하는 저장부를 포함하는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 고속 온/오프 솔레노이드 밸브의 응답특성 평가 장치에 따르면, 펄스폭변조 방식의 입력에 대한 출력 압축공기의 온/오프 시간을 실시간으로 측정할 수 있으므로, 밸브의 응답특성을 임의구간에서 모두 확인할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 고속 온/오프 솔레노이드 밸브의 응답특성 평가 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 데이터 처리기의 제어회로블록도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명에서 150 Hz 주파수의 펄스폭변조 제어시 획득한 출력신호의 그래프이다.
이하, 본 발명의 고속 온/오프 솔레노이드 밸브의 응답특성 평가 장치에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 고속 온/오프 솔레노이드 밸브의 응답특성 평가 장치의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 고속 온/오프 솔레노이드 밸브의 응답특성 평가 장치는, 설정된 공압을 제공하는 공압 레귤레이터(1)와, 공압 레귤레이터(1)로부터 공급된 압축공기를 온/오프 스위칭에 따라 선택적으로 통과시키는 고속 온/오프 솔레노이드 밸브(2)와, 고속 온/오프 솔레노이드 밸브(2)로부터 공급된 압축공기의 배출이 이루어지는 노즐(3)과, 노즐(3)에 근접 설치되어 배출되는 압축공기의 압력에 대응하는 출력신호를 발생시키는 압력센서(4)와, 고속 온/오프 솔레노이드 밸브(2)로 고주파수의 펄스폭변조 신호를 전달하고, 출력신호와 펄스폭변조 신호로부터 고주파수의 온/오프에 대응하는 유량을 실시간 평가하는 데이터 처리기(5)를 포함한다.
여기서, 공압 레귤레이터(1)로부터 공급된 압축공기가 고속 온/오프 솔레노이드 밸브(2)를 경유하도록 유도하는 어댑터(6)를 더 형성시킬 수 있다.
또한, 공압 레귤레이터(1), 어댑터(6) 및 노즐(3)은 튜브(7)를 통해 연결되며, 어댑터(6)와 노즐(3) 사이에는 피팅(Fitting)(8)이 더 형성될 수 있다.
그리고, 노즐(3)과 압력센서(4)는 위치 및 간격 조절을 위해 조립대(9)에 고정되는 것이 바람직하다.
이와 같이 구성된 고속 온/오프 솔레노이드 밸브의 응답특성 평가 장치는, 공압 레귤레이터(1)에 의해 생성된 압축공기가 튜브(7)를 통해 어댑터(6)로 공급되고, 이에 어댑터(6)에서는 고속 온/오프 솔레노이드 밸브(2)의 입구로 압축공기를 공급하고 고속 온/오프 솔레노이드 밸브(2)를 통과한 압축공기를 전달받아 노즐(3)로 공급한다. 이 때, 고속 온/오프 솔레노이드 밸브(2)는 데이터 처리기(5)로부터 전달된 펄스폭변조 신호에 대응하여 온/오프가 이루어지게 된다. 이에 고주파수의 펄스폭변조 신호에 대응하여 온/오프의 시간비율에 따라 고속 온/오프 솔레노이드 밸브(2)를 통과하는 유량이 변하게 된다. 한편, 노즐(3) 끝단으로부터 압축공기가 배출되면, 압력센서(4)는 배출되는 압축공기의 압력에 대응하여 출력신호를 생성한다. 출력신호는 데이터 처리기(5)로 전달되고, 데이터 처리기(5)에서는 출력신호와 펄스폭변조 신호로부터 고주파수의 온/오프에 대응하는 유량을 평가하게 된다.
한편, 본 실시예에서는 압축공기를 이용하는 공압 시스템을 예시하고 있으나, 유압 시스템의 압축오일 등 유체에 관하여도 동일하게 적용될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 데이터 처리기의 제어회로블록도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 데이터 처리기(5)는, 고속 온/오프 솔레노이드 밸브(2)의 온/오프 비율을 조절하기 위한 사용자 조작을 지원하는 사용자 조작부(71)와, 응답특성에 대응하는 제어타입이 결정되며, 온/오프 비율에 대응하는 제어신호를 생성하는 제어타입 결정부(72)와, 고속 온/오프 솔레노이드 밸브(2)로 고주파수의 펄스폭변조 신호를 전달하는 펄스폭변조 제어부(73)와, 출력신호를 필터링하는 필터링부(74)와, 필터링부(74)로부터 필터링된 파형을 분석하는 파형 분석부(75)와, 사용자 조작부(71)로부터 전달된 제어신호와 파형 분석부(75)로부터 전달된 분석 파형을 비교하여 응답특성을 평가하는 평가부(76)와, 제어신호와 분석 파형을 캡쳐하는 캡쳐부(77)와, 평가부(76) 및 캡쳐부(77)로부터 전달된 데이터를 저장하는 저장부(78)를 포함한다.
여기서, 제어타입 결정부(72)는 P(Proportinal)/I(Integral)/PI/PID(Differential) 제어 알고리즘이 선택적으로 적용될 수 있으며, 이는 사용자 조작부(71)에 대응하거나, 온/오프 비율에 따라 자동 대응할 수 있다.
필터링부(74)는 통상의 밴드패스필터를 이용할 수 있다. 즉, 로우패스필터 및 하이패스필터를 경유하도록 하여 처리될 파형을 분리함과 아울러 잡음 등을 제거한다.
파형 분석부(75)는 압축공기의 배출시작점과 배출종료점을 분석하고, 배출시작점과 배출종료점간의 면적을 통해 주기별 유량 및 평균 유량을 분석한다.
평가부(76)는 파형 분석부(75)에서 분석된 배출시작점과 배출종료점간의 시간과 고속 온/오프 솔레노이드 밸브(2)의 온/오프 비율이 동일한 지 여부를 평가한다.
도 3 및 도 4는 본 발명에서 150 Hz 주파수의 펄스폭변조 제어시 획득한 출력신호의 그래프이다.
도 3은 온 시간 비율이 67.5% 인 경우의 결과로서, 온(On) 시간이 4.5 ms인 경우이다. 그림 위쪽의 직사각형파 신호는 펄스폭변조 제어부(73)로부터 고속 온/오프 솔레노이드 밸브(2)로 입력되는 명령신호이고(X축:시간, Y축:온오프전압), 그림 아래쪽의 신호는 압력센서(4)로부터 획득한 출력신호이다(X축:시간, Y축:압력대응출력전압).
도 4는 온 시간비율이 90%인 경우의 결과로서, 온(On) 시간이 6.0 ms인 경우이다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 고속 온/오프 솔레노이드 밸브(2)의 응답특성인 압축공기의 온/오프를 실시간으로 평가할 수 있다.
이상에서 몇 가지 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것이 아니고 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형실시될 수 있다.
1 : 공압 레귤레이터 2 : 고속 온/오프 솔레노이드 밸브
3 : 노즐 4 : 압력센서
5 : 데이터 처리기 6 : 어댑터
7 : 튜브 8 : 피팅(Fitting)
9 : 조립대

Claims (5)

  1. 설정된 공압을 제공하는 공압 레귤레이터(1);
    상기 공압 레귤레이터(1)로부터 공급된 압축공기를 온/오프 스위칭에 따라 선택적으로 통과시키는 고속 온/오프 솔레노이드 밸브(2);
    상기 고속 온/오프 솔레노이드 밸브(2)로부터 공급된 압축공기의 배출이 이루어지는 노즐(3);
    상기 노즐(3)에 근접 설치되어 배출되는 압축공기의 압력에 대응하는 출력신호를 발생시키는 압력센서(4); 및
    상기 고속 온/오프 솔레노이드 밸브(2)로 고주파수의 펄스폭변조 신호를 전달하고, 상기 출력신호와 상기 펄스폭변조 신호로부터 고주파수의 온/오프에 대응하는 유량을 실시간 평가하는 데이터 처리기(5)를 포함하며,

    상기 데이터 처리기(5)는,
    상기 고속 온/오프 솔레노이드 밸브(2)의 온/오프 비율을 조절하기 위한 사용자 조작을 지원하는 사용자 조작부(71);
    응답특성에 대응하는 제어타입이 결정되며, 온/오프 비율에 대응하는 제어신호를 생성하는 제어타입 결정부(72);
    상기 고속 온/오프 솔레노이드 밸브(2)로 고주파수의 펄스폭변조 신호를 전달하는 펄스폭변조 제어부(73);
    출력신호를 필터링하는 필터링부(74);
    상기 필터링부(74)로부터 필터링된 파형을 분석하는 파형 분석부(75);
    상기 사용자 조작부(71)로부터 전달된 제어신호와 파형 분석부(75)로부터 전달된 분석 파형을 비교하여 응답특성을 평가하는 평가부(76);
    상기 제어신호와 상기 분석 파형을 캡쳐하는 캡쳐부(77); 및
    상기 평가부(76) 및 캡쳐부(77)로부터 전달된 데이터를 저장하는 저장부(78)를 포함하는 고속 온/오프 솔레노이드 밸브의 응답특성 평가 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 공압 레귤레이터로부터 공급된 압축공기가 고속 온/오프 솔레노이드 밸브를 경유하도록 유도하는 어댑터를 더 포함하는 고속 온/오프 솔레노이드 밸브의 응답특성 평가 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 공압 레귤레이터, 어댑터 및 노즐은 튜브를 통해 연결되는 고속 온/오프 솔레노이드 밸브의 응답특성 평가 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 노즐과 압력센서는 위치 및 간격 조절을 위해 조립대에 고정되는 고속 온/오프 솔레노이드 밸브의 응답특성 평가 장치.
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